In many ways, our memories make us who we are, helping us remember our past, learn and retain skills, and plan for the future. And for the computers that often act as extensions of ourselves, memory plays much the same role, whether it's a two-hour movie, a two-word text file, or the instructions for opening either, everything in a computer's memory takes the form of basic units called bits, or binary digits. Each of these is stored in a memory cell that can switch between two states for two possible values, 0 and 1. Files and programs consist of millions of these bits, all processed in the central processing unit, or CPU, that acts as the computer's brain. And as the number of bits needing to be processed grows exponentially, computer designers face a constant struggle between size, cost, and speed. Like us, computers have short-term memory for immediate tasks, and long-term memory for more permanent storage. When you run a program, your operating system allocates area within the short-term memory for performing those instructions. For example, when you press a key in a word processor, the CPU will access one of these locations to retrieve bits of data. It could also modify them, or create new ones. The time this takes is known as the memory's latency. And because program instructions must be processed quickly and continuously, all locations within the short-term memory can be accessed in any order, hence the name random access memory. The most common type of RAM is dynamic RAM, or DRAM. There, each memory cell consists of a tiny transistor and a capacitor that store electrical charges, a 0 when there's no charge, or a 1 when charged. Such memory is called dynamic because it only holds charges briefly before they leak away, requiring periodic recharging to retain data. But even its low latency of 100 nanoseconds is too long for modern CPUs, so there's also a small, high-speed internal memory cache made from static RAM. That's usually made up of six interlocked transistors which don't need refreshing. SRAM is the fastest memory in a computer system, but also the most expensive, and takes up three times more space than DRAM. But RAM and cache can only hold data as long as they're powered. For data to remain once the device is turned off, it must be transferred into a long-term storage device, which comes in three major types. In magnetic storage, which is the cheapest, data is stored as a magnetic pattern on a spinning disc coated with magnetic film. But because the disc must rotate to where the data is located in order to be read, the latency for such drives is 100,000 times slower than that of DRAM. On the other hand, optical-based storage like DVD and Blu-ray also uses spinning discs, but with a reflective coating. Bits are encoded as light and dark spots using a dye that can be read by a laser. While optical storage media are cheap and removable, they have even slower latencies than magnetic storage and lower capacity as well. Finally, the newest and fastest types of long-term storage are solid-state drives, like flash sticks. These have no moving parts, instead using floating gate transistors that store bits by trapping or removing electrical charges within their specially designed internal structures. So how reliable are these billions of bits? We tend to think of computer memory as stable and permanent, but it actually degrades fairly quickly. The heat generated from a device and its environment will eventually demagnetize hard drives, degrade the dye in optical media, and cause charge leakage in floating gates. Solid-state drives also have an additional weakness. Repeatedly writing to floating gate transistors corrodes them, eventually rendering them useless. With data on most current storage media having less than a ten-year life expectancy, scientists are working to exploit the physical properties of materials down to the quantum level in the hopes of making memory devices faster, smaller, and more durable. For now, immortality remains out of reach, for humans and computers alike.
En muchos sentidos, nuestros recuerdos nos representan, nos ayuda a recordar nuestro pasado, aprender y mantener habilidades, y planificar el futuro. Y para la computadora que actúa como una extensión de nosotros mismos, la memoria juega el mismo papel, sea que se trata de una película de dos horas, un archivo de texto de dos palabras, o las instrucciones para ponerla en marcha; y toda su memoria tiene como unidades básicas las denominadas bits o dígitos binarios. Cada uno de estos se almacena en una celda de memoria cuyo estado puede variar entre dos valores posibles, 0 y 1. Los archivos y los programas contienen millones de estos bits, que están procesados dentro de la unidad de procesamiento central, o CPU, que actúa como el cerebro de la computadora. Y conforme crece exponencialmente la cantidad de bits que procesan, los diseñadores de computadoras intentan constantemente solucionar el problema del tamaño, costo y velocidad. Al igual que nosotros, las computadoras tienen memoria a corto plazo para las tareas inmediatas, y memoria a largo plazo para el almacenamiento permanente. Cuando se ejecuta un programa, su sistema operativo asigna un espacio dentro de la memoria a corto plazo para las dichas instrucciones. Por ejemplo, al pulsar una tecla en un procesador de texto, la CPU accederá a uno de estos lugares para recuperar los bits de datos. También podría modificarlos o crear otros nuevos. El tiempo necesario para hacerlo se conoce como la latencia de la memoria. Y debido a que las instrucciones de cada programa deben ser procesadas rápidamente y de forma continua, se puede acceder a cualquier espacio dentro de la memoria a corto plazo en cualquier orden, y de ahí el nombre de memoria de acceso aleatorio, o RAM. El tipo más común de memoria RAM es memoria RAM dinámica, o DRAM. Allí, cada celda consta de un pequeño transistor y un condensador que almacenan cargas eléctricas, representada con un 0 cuando no está cargada o un 1 cuando lo está. Dicha memoria se llama dinámica porque mantiene una carga brevemente antes de perderla, y necesita recargarse periódicamente para retener datos. Pero incluso su baja latencia, de unos 100 nanosegundos, es demasiado para las CPU modernas, así que también hay una pequeña caché de memoria interna de alta velocidad compuesta por RAM estática. Esto significa por lo general seis transistores entrelazados que no necesitan recarga. La SRAM es la memoria más rápida dentro de un sistema operativo pero también la más cara y ocupa tres veces más espacio que la DRAM. Pero la memoria RAM y caché pueden almacenar datos solo siempre y cuando tengan una fuente de alimentación. Para que los datos no se pierdan una vez que se apaga el dispositivo hay que transferirlos en un dispositivo de almacenamiento a largo plazo. Existen tres tipos principales. En un almacenamiento magnético, que es el más barato, los datos se almacenan según un patrón magnético en un disco giratorio cubierto con una película magnética. Pero debido a que el disco debe girar para encontrar donde están los datos para poder leerlos, la latencia de estas unidades es 100 000 veces más lentas que la de una DRAM. Por otro lado, el almacenamiento óptico, como el DVD y Blu-ray, también usa discos giratorios pero presenta un revestimiento reflectante. Los bits se codifican como puntos de luz u oscuros con la ayuda un colorante que puede ser leído por un láser. Mientras que los medios de almacenamiento óptico son baratos y desmontables, su latencia supera la del almacenamiento magnético y presentan una menor capacidad también. Por último, los tipos más nuevos y más rápidos de almacenamiento a largo plazo son las unidades de estado sólido, como la memoria flash. Estos no tienen partes móviles, y usan transistores de puerta flotante que almacenan datos atrapando o eliminando cargas eléctricas dentro de sus estructuras internas especialmente diseñadas. Entonces, ¿son fiables estos miles de millones de bits? Tendemos pensar que la memoria de una computadora es algo estable y permanente, pero en realidad se degrada con bastante rapidez. El calor generado por sus dispositivos y su entorno desmagnetizará un disco duro, degradará el colorante de un soporte óptico, y causará fugas de carga en puertas flotantes. Las unidades de estado sólido también presentan una debilidad adicional. El uso repetido de los transistores de puerta flotante les corroe hasta dejarlos inservibles. A partir de los datos presentes en los medios de almacenamiento actual y con una esperanza de vida de menos de 10 años, los científicos intentan explotar las propiedades físicas de los materiales hasta el nivel cuántico con la esperanza de hacer estos dispositivos de memoria más rápidos, más pequeños y más duraderos. Por ahora, la inmortalidad queda fuera del alcance,